初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革

刘冠辰，耿树东，陈连发，王巍，于晓波，王 辰，张 钰

(吉林化工学院材料科学与工程学院，吉林吉林 132022)

新世纪以来，随着新材料、新工艺的不断涌现出来，有力的推动了制造业、信息技术、医疗技术、航空航天等领域不断飞速向前发展，而这些高精尖领域的发展也反过来向新材料、新工艺的研发和设计连续的提出新的挑战。这就要求从事这一领域的工作者或潜在工作者亦即材料类专业的学生要全面地、具体的掌握各种材料研究开发和制备所遵循的“成分-组织结构-性能”之间的基本关系，并且能够应用这些理论来解决材料工程的实际问题［1］。系统而全面的学习材料科学基础这门课程的核心内容有助于材料类专业学生很好的解决这类问题。

材料科学基础是普通高等院校材料类专业的一门重要的理论基础课，其在材料化学专业的知识培养体系中占据重要一环。同时，这门课也是众多高等院校材料类专业研究生入学考试必考科目之一。根据专业培养目标要求，专业教师需要从学生角度出发，以教学方式的改进和授课内容的变化来引导学生逐渐掌握材料科学的基本概念和基础理论。但现实的问题是:一方面有部分学生向授课教师反应这门课程所接触到的专业知识面很广，基础理论知识相对偏深。对于部分学生来说学习起来颇感吃力，所耗费的时间、精力较多，有时甚至会占用其他课程的课外学习时间。另一方面随着专业知识的不断更新，内容不断增多，为了使学生能充分达到毕业出口的知识及能力要求，不断有新的课程加入到本专业的培养体系中来，因而压缩了原有课程的课外学习时间。很多专业课都面临这样的选择性难题，本来这应该是一门由两个学期共64个学时来讲授的课程，却被压缩到一个学期共48学时。如果还是沿袭之前的教学方式和内容来讲授这门课的话，教师讲授起来无法顾及重点，学生学习起来囫囵吞枣，教学效果就会大打折扣。

因此，如何在有限的学时安排中，在贴近专业特色的的前提下，帮助学生领会基本点、抓住重点、攻克难点是摆在专业教师面前的一项挑战。培养学生工程思维和解决工程实际问题能力，为后续专业课学习打下坚实基础，进而满足髙素质、创新型材料化学专业人才培养目标的要求，是该项课程教学改革的关键。结合本专业的专业特点和本校的办学特色，我们对材料科学基础课程的授课内容和教学方式进行了一些初步改革探索和实践，为培养具有创新精神和实践能力的材料化学专业高素质专门人才打下基础。

一、教学内容调整要紧跟专业培养目标和毕业要求

在学时紧张的情况下想要做到使学生完全参透教材所有内容是非常困难的，所以如何对这门课的不同章节学习时间进行合理分配对于培养目标和毕业要求的达成显得至关重。比如“原子结构与键合”、“固体结构”［2-3］这部分内容虽然是这门课程的基础，但是我们的学生在之前的大学物理以及无机化学里也是将这部分内容作为重点以这部分的内容在这门课上可以一笔带过，主要以学生自学为主。而像“材料的形变和再结晶”、“单组元、二元、三元相图”等需要系统、深入地介绍相关的理论知识:例如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态等。另外二元合金相图的建立，二元相图中的匀晶、共晶、包晶、偏晶等相图的结构分析;共析、包析反应;二元相图的平衡结晶过程分析、冷却曲线;杠杆定律及其应用。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。结合理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，探索新知识的能力。以上这些内容则是贯穿材料化学专业的重要基本理论知识。因此应该将大部分时间放在这部分内容的讲解上。

二、理论教学要从工程实际出发，增强学生学习动机，提升学习主观能动性

高校的任务和目标是为科学进步和社会发展提供源源不断地高素质人力资源。因此高校的教育应主动适应经济的发展需求，这就要求学生走出“象牙塔”，面对实际的问题。同时，随着信息技术的大发展，科学技术的进步，传统的依靠被动接受式教育模式明显跟不上时代步伐，为了适应这些变化，需要培养学生工程思维和工程能力，即搜集、分析、研判、整合和利用信息的能力。本课程改革的一大方向正是要求教师理论教学能从工程实际出发，对学生加以引导，从而利用所学知识解决相关领域的问题。材料化学专业课程相互之间联系比较紧密，学生在此之前的专业基础课的几乎全是理科课程，材料科学基础也不例外，理论性比较强。使得学生对该门课程产生一些错觉，诸如:“涉及理论基础知识过多”、“推理复杂”、“各种指代符号繁杂”等等，总之，晦涩难懂，学起来实在吃力，进而产生厌学心理，最终影响教学效果。确切的讲，这门课程是从理论往工程实践过渡的一门课程［4］。因此在教学上，可以引入较多的工程实例来增强学生的理解和掌握。例如:在讲到二元系相图与合金制备时可以用现代冶金工业相关信息来辅助学生的理解和记忆。再例如，讲到马氏体合金时除了讲解其成分和结构特性之外也可以外延到该晶体结构被德国工程师Adolf Martens发现的过程。这样就能有效的提升学生的学习兴趣，使理论教学与实际应用联系紧密，这样既提升了学生的学习兴趣，从而增强学生学习动机，又能加强其学习主观能动性，进而主动学习。

三、灵活多样的教学手段有助于提高教学质量

多媒体教学的引入，使得教学变得简单、方便起来，不少教师尤其是年轻教师会比较喜欢这种教学方式。各种图形、视频、音频等信息非常直观。也为帮助学生对知识的记忆和理解起到的不小的作用。但这也同时是把双刃剑:短时间内接受大量信息会使学生难以完全消化。因此，在多媒体教学之余灵活穿插其他教学方式则可达到良好的效果，例如展示实物图时使用多媒体，而在公示推导时采用板书(这样可以给予学生思考时间)，再辅以一定的课堂互动，则可收到很好的效果。这样，在让学生牢固地掌握基础知识的同时，进一步加深学生对重点知识地理解:积极利用现代化教学资源，从而增加传授给学生信息量:同时，材料的塑性变形与强化等以前需要通过实验课观察的，先在可以通过多媒体手段来更完整的展现，使课程能更好地培养学生独立思考和想象能力，最终达到提升学生创新意识和创新能力的目的。

四、主动为学生减压的考核方式使教学效果事半功倍

众所周知，对于材料类专业学生，材料科学基础是一门专业核心课程，考核方式主要就是期末考试，这种单调的考核方式在很多教师眼里成为引导学生重视这门课程的良方。但实际上，这种考试不一定能达到理想的教学效果同时也无法完整的展示学生的学习成果。一方面现在的专业课程体系越来越庞大，学生所能支配到每一个科目课外学习时间也越来越紧张，想要在时间不够用的情况下很好的记忆理论深度较大的材料科学基础的大部分内容还是相当吃力的。另一方面，现在的学生容易受到社会风气所影响而变得多多少少内心有些浮躁，认为考试能通过就行，所以上课时只想听重点的，然后寄希望于考试前突击复习而侥幸过关，而考试过后对所学的内容就逐渐模糊了［5］，这样的结果就明显违背了我们的教学大纲里对学生能力的要求，而采用更加灵活考核方式则可以很好的解决这一问题。比如说将考试时间分散化，即在平时的课堂上进行随堂考，这样就能加深学生对本堂课所学知识的印象。当然出题方式也必须跟着转变，不能还是记忆类占多数。这样一来可以减轻学生学习这门课程的功利心，增加学习兴趣，二来可以减轻学习的压力，从而使学生能够更加专心投入到课程的学习中去。另外也可以在每堂课的结尾加入随堂测验，以当场检验学生的学习效果。同时还可以辅以平时的课堂互动，比如说课堂提问以及学生组团队做课程相关的学习报告等方式将会有力加强学习效果。

五、结 语

教学改革对于专业教师来说是一门不小的挑战，同时也可以是教师开发自身潜力的好机遇［6-7］。为了满足课程改革的要求，教师都需要付出心血去探索、寻求适应当今学生和社会需求教学内容及方式，材料科学基础这一课程的改革需要主动配合当前的教育现状的改变，一方面工程教育要求本专业的知识体系不断贴近工程实际，这就要求教师要在教学内容安排以及教学手段的多样化上满足专业素质教育和工程素质教育的要求［8］;另一方面，也要从学生学习的现实情况出发，灵活多样的考核方式和活泼开放的课堂氛围会很好的提升学生学习动力，同时减轻其学习压力，从而形成事半功倍的教学效果最终达到本专业培养目标的要求［9］。

［1］ 胡赓祥，蔡珣，戎咏华.材料科学基础［M］.3版.上海:上海交通大学出版社，2009.

［2］ 叶伟国，余国祥.大学物理［M］.北京:清华大学出版社，2012.

［3］ 周旭光.无机化学［M］.北京:清华大学出版社，2014.

［4］ 侯增寿，陶岚琴.实用三元合金相图［M］.上海:上海科学技术出版社，1986.

［5］ 林学军，熊卫华.高等教育考试制度与创新人才培养［J］.高等理科教育，2007(4).

［6］ 张绍翔，车云海.论我国高等学校课程改革的趋势及存在的问题［J］.交通高教研究，2001(3).

［7］ 赵卿敏.实施“面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的回顾与思考［J］.中国大学教育，2000(3).

［8］ 孙亚玲.全球化背景下我国高等教育课程改革刍议［J］.思想战线，2002(3).

［9］ 吴杰.教学论［M］.长春:吉林教育出版社，1987.